具有能可变地使用的格室的制冷器具的制作方法

1.本发明涉及一种制冷器具，特别是家用制冷器具，其具有至少一个存放格室，所述存放格室能够在大的范围内可变的温度下、可能甚至在高于环境温度的温度下被使用。


背景技术：

2.例如由de 10 2016 032 986 a公知了所述制冷器具。在所述公知的制冷器具中，第一格室的热交换器和第二格室的热交换器相应地与连接在上游的膨胀阀和连接在下游的膨胀阀布置在制冷剂循环回路的彼此并联的支路中，并且这两个支路通到第三冷藏格室的蒸发器。借助于膨胀阀能够将第一格室或第二格室中的压力在压缩机的输出压力和抽吸压力之间在很大程度上任意地确定，并且与此相应地可以调设格室中在更大范围内可变的温度。所述温度在变化的环境温度下保持恒定，然而是困难的，因为单个膨胀阀的每次调节导致多个蒸发器中的压力改变。这意味着，当在一个格室中实际温度与额定温度存在偏差并且通过修正膨胀阀的位态来尝试减小所述偏差时，则这反作用于另外的格室，所述另外的格室自身随之进行修正。因此这在出现干扰之后会持续很长时间，直到制冷器具又达到稳定状态，并且在这段时间内出现的与额定温度的偏差会可能消极地影响存放在制冷器具中的冷却物的可保存性。


技术实现要素：

3.因此存在对具有能在更大范围内可变的温度下使用的至少一个格室的制冷器具的需求，该格室在格室温度与额定值存在偏差的情况中能够在短的时间内消除所述偏差并且在此将对其他格室的反作用最小化。
4.根据本发明满足所述需求，其方式是，在一种制冷器具中，其具有：多个存放格室；制冷剂循环回路，第一膨胀阀、第一热交换器、第二膨胀阀和第二热交换器在所述制冷剂循环回路中在压缩机的压力接口和抽吸接口之间串联地连接，其中，给每个热交换器配置至少一个存放格室，以便将所述存放格室调温；和控制单元，用于控制压缩机的转速和膨胀阀的位置，控制单元对于每个存放格室包括具有至少一个p部分的连续线性的调节器以及模型计算单元，所述调节器用于根据存放格室的额定温度和实际温度之间的差来估计调温功率需求，所述模型计算单元设置用于，至少对于由第一热交换器调温的第一存放格室和由第二热交换器调温的第二存放格室根据所述第一存放格室和第二存放格室的调温功率需求来确定额定蒸发温度并且通过选择压缩机的转速和阀的位置而使所述第一存放格室和第二存放格室的热交换器在所述额定蒸发温度下运行。p部分在此理解为调节器的输出信号中的部分，该部分与输入到调节器中的偏差成比例。此外，调节器可以至少还具有i部分、即与偏差的时间积分成比例的部分和/或d部分、即与偏差的时间导数成比例的部分。
5.替代“蒸发器”的概念“热交换器”的使用考虑到下述事实，即调温作用不仅仅可以在常规的方式中是通过蒸发热交换器中的液态制冷剂实现的冷却，而是尤其在第一热交换器中也为通过冷却剂蒸汽的冷凝或者已经液态的冷却剂的过度冷却而实现的加热。进行蒸
发或冷凝的温度在下文中为了简明而始终仅仅称为蒸发温度。
6.热交换器分别具有由其结构型式、装配几何结构和诸如此类确定的传热系数，所述传热系数给出热交换器中的制冷剂和所述热交换器的周围环境、即由热交换器调温的存放格室中的制冷剂之间的温度差(每度传输功率)。额定蒸发温度可以因此通过将格室温度以调温功率需求与传热系数之商减小地获得(其中，当调温是冷却时，调温功率需求的符号规定为正)。
7.热交换器能够以公知的方式为了提高功率而与通风装置组合，所述通风装置经过热交换器驱动空气循环。为了考虑通风装置的作用，在这种情况中热交换器的传热系数设定为通风装置的运行参数、特别是所述通风装置的功率或转速的函数。运行参数的值和引发的传热系数之间的关系可以在制冷器具的运行中按照公式被计算或者在(必要时根据在制冷器具原型上进行的测量生成的)表中被查阅。
8.基于改变热交换器中的蒸发温度的可能性，期望的格室温度可以不仅通过低的通风装置转速和低的蒸发温度而且通过高的通风装置转速和接近于期望的格室温度的蒸发温度而达到，其中，在第一种情况中通过在热交换器上结霜使存放格室的空气的干燥与在后一种情况中相比是更强的。所述事实可以被充分利用，以便将存放格室中的空气湿度调设到期望的值。
9.符合目的地，所述湿度控制可以限于下述情况，即存放格室的实际温度和额定温度之间的偏差不超过极限值。在超过极限值的情况中，格室的快速降温应该具有优先权；为此通风装置应该与热交换器的温度无关地以最大转速运行。
10.为了可以快速地并且以对其他存放格室的最小反作用消除格室温度与所述格室温度的额定值的偏差而重要的是，控制单元可以预先估计调节参数的“修正”值并且不必在进行调节参数修正之后才等待所述调节参数修正的影响，以然后必要时补偿所述影响。出于所述目的作出贡献的是，控制单元设置用于：对于每个存放格室计算制冷剂的质量流量，所述制冷剂的蒸发满足存放格室的调温功率需求；将质量流量合计为总质量流量；并且这样选择压缩机的转速，以使得由压缩机提供总质量流量。所述蒸发也可以具有“负的符号”，即当调温是存放格室的加热时，则可以在相关的热交换器中进行冷凝。
11.当第三存放格室的第三热交换器在未中间连接节流点的情况下连接在第二热交换器下游时，特别是当第三存放格室是标准冷藏格室并且第二存放格室是冷冻格室时，则从第二热交换器出来的冷却剂蒸汽主要有助于第三蒸发器的冷却作用。在这种情况中，控制单元应该设置用于，在计算第三热交换器中要蒸发的制冷剂的质量流量时考虑从第二热交换器流入的蒸汽的冷却功率。
12.因为蒸汽通过从存放格室吸收热量被加热并且由此存放格室的温度差逐渐减小，而液态制冷剂如此长时间地保持蒸发温度，直到所述液态制冷剂完全被蒸发，所以第三热交换器的传热系数根据第三热交换器是否包含蒸汽或液态制冷剂的情况而定地是极大不同的。控制单元应该考虑所述情况，其方式是，所述控制单元根据在第二热交换器和第三热交换器之间的过渡部处的液态制冷剂和气态制冷剂之间的体积比例来估计第三热交换器的传热系数。具体地，传热系数可以被计算为根据体积比例加权的、蒸汽冷却的第三热交换器的传热系数和液体冷却的第三热交换器的传热系数之间的平均值。
13.公知的是，为了提高效率而设置内部热交换器，在所述内部热交换器中，被压缩的
制冷剂在进入到热交换器之前将冷却剂蒸汽上的热量在从热交换器之一被引导回到压缩机的抽吸管中释放。所述内部热交换器的影响可以在迭代过程中被考虑。
14.制冷剂循环回路可以包括多个并联的支路，所述支路中的一个支路具有第一膨胀阀、第一热交换器和第二膨胀阀，并且所述支路中的至少一个另外的支路具有第三膨胀阀、第四热交换器和第四膨胀阀。第四存放格室可以如同第一存放格室和第二存放格室那样由控制单元准确地控制。
附图说明
15.本发明的另外的特征和优点由参考附图的实施例的下述说明得出。附图中：
16.图1示出根据本发明的制冷器具的方框图；
17.图2示出制冷器具的控制单元的方框图。
具体实施方式
18.图1示出根据本发明的制冷器具的方框图。在热保温的壳体1中开出至少三个、在此四个存放格室2，3，4，23。给所述存放格室2，3，4，23中的每个存放格室配置热交换器5，6，7，24。所述配置可以例如包括，呈冷壁蒸发器形式的热交换器嵌入存放格室的内部容器和包围内部容器的隔热材料层之间，或者热交换器5，6，7，24装配在相关的存放格室2，3，4，23的内部容器8中。在后者的情况中，在内部容器中可以设置分隔壁9，所述分隔壁将内部容器的体积分成存放格室2，3，4和接收热交换器5，6，7的热交换器腔10。
19.与热交换器5，6，7，24如何配置给存放格室2，3，4，23无关地，可以给每个热交换器5，6，7，24配置通风装置11，以便强化存放格室2，3，4，23和所述存放格室的热交换器5，6，7，24之间的热传递。所述通风装置11的转速或功率可以固定地预给定或者能够如同在下文中还具体阐述的那样被控制。
20.每个存放格室2，3，4，23配备有温度传感器12。温度传感器12的测量值由控制电路13采集。
21.制冷剂循环回路包括，从压缩机14的压力接口出发依次即液化器15、压力管路16、第一膨胀阀17、热交换器5、第二膨胀阀18、第二热交换器6、第三热交换器7和抽吸管路19，所述抽吸管路通到压缩机14的抽吸接口。
22.当如图1中所示地还设置第四存放格室23时，所述第四存放格室的热交换器24、连接在上游的膨胀阀25和连接在下游的膨胀阀26可以布置在制冷剂循环回路的一个支路中，该支路平行于包含膨胀阀17，18和热交换器5的支路地在两个连接点27，28之间延伸。在需要时可以设置相应地具有两个膨胀阀和热交换器的另外的并联的支路，所述另外的并联的支路用于将另外的存放格室调温。
23.膨胀阀17，18，25，26是公知的、在此未被描述的结构型式并且设计用于调设通过控制信号预给定的入口和出口之间的打开横截面。控制信号源是控制电路13。
24.压力管路16和抽吸管路19延伸在其长度的一部分上相反地彼此紧密接触，以便由此构成内部热交换器22，在所述内部热交换器中，被压缩的制冷剂在到达膨胀阀17之前不久将蒸汽的剩余热量在抽吸管路19中释放。
25.在膨胀阀17，25上产生的压力差在大的范围内是可变的。一方面，在最大地打开膨
胀阀17(或25)时在热交换器5(或24)中产生压力，该压力若有的话仅仅略微不同于压缩机14的压力接口上的压力，从而在热交换器5(或24)中可以如同在液化器15中那样进行制冷剂的冷凝，并且存放格室2(23)可以在高于环境温度的额定温度上运行，并且在液化器15和热交换器5和/或24中冷凝的制冷剂通过膨胀阀18被输送到热交换器6和7。可使存放格室2或23运行的温度上限应该不低于 18℃。
26.为了实现存放格室3作为冷冻格室运行，即使存放格室2(和/或23)作为标准冷藏格室运行，也需要膨胀阀18上不可忽略的压力下降。膨胀阀18上的最大压力差应该足够用于，当基本上将压缩机14的全部输出压力施加给膨胀阀18的输入端时，也实现存放格室3的冷冻格室运行。
27.在热交换器6和7之间不出现值得注意的压力下降。两个热交换器6，7和使这两个热交换器连接的管路特别是可以由相同类型的具有相同的横截面尺寸的管制成。
28.所有三个存放室2，3，4的额定温度能够在控制电路13的用户接口20上被调设。当所述存放室2，3，4之一具有通风装置11时，则可以在用户接口20上也设置选择相关的存放室的空气湿度的值的可能性。
29.图2示出控制单元13的方框图。在框图的左边示出，输入端用于由用户在接口20上调设的额定参数、即存放格室2的额定温度t
target，flex1
、用作标准冷藏格室的存放格室4的t
target，fridge
和作为冷冻格室运行的存放格室3的t
target，freezer
以及可选地存放格室23的t
target，flex2
和存放格室2的额定湿度值φ
target，flex1
和存放格室23的φ
target，flex2
。
30.每个额定温度和所属的由传感器12测量出的实际温度、例如温度t
target，flex1
和t
sensor，flex1
施加到差分电路29的输入端，以便求取额定值偏差，所述额定值偏差自身是pid调节器30的输入参数。每个pid调节器30提供输出信号，所述输出信号是调温功率需求i∈{flex1，flex2，freezer，fridge}的估计值、即冷却功率或加热功率的估计值，所述冷却功率或加热功率必须预测地被传输给相关的存放格室2，3，4，23，以便使所述存放格室处于其额定温度或者保持在那里。
31.模型计算单元31接收作为输入参数的、存放格室2，3，4，23的调温功率需求所述存放格室的由传感器12测量出的实际温度t
f，i
、边界条件例如液化器15中的液化温度tc、环境温度t
∞
、以及在设置格室2，23的湿度调节时所述格室的通风装置11的转速n
fan，i
。
32.模型计算单元31的输出参数是膨胀阀16，17，25，26的位置pos
valve，i
以及压缩机14的转速n
compr
。这些前面已述的要素在图2的框图中在调节系统32中被综合。
33.模型计算单元31根据已知的调温功率需求i∈{flex1，flex2，freezer，fridge}计算格室2，23，4中的蒸发温度，格室和蒸发器之间的温度差由蒸发器的制冷功率和传热能力得出。
34.蒸发焓δh
evap
由冷冻格室3的蒸发温度、t
evap，freezer
、液化温度tc、设定的过度冷却δt
sc
和内部热交换器22的传递的焓δh
ihx
得出:特定的蒸发焓由液化温度/蒸发温度的蒸发曲线/冷凝曲线、液化器端部上的过度冷却以及内部热交换器的特定热传递得出。
35.液化温度tc可以被测量；替换地，所述液化温度由模型计算单元31根据环境温度t
∞
和液化器的传热系数ka
c，eff
来估计，其中设定，由液化器释放的热功率等于由热交换器5，
6，7，24接收的调温功率需求的总和。
36.焓δh
ihx
先验地是非已知的，在此可以首先设定为由过去得出的经验值，所述经验值随后迭代地更精确地表达。
37.所述热交换器5，6，7，24中的每个热交换器中的蒸发率，即每个时间单位多少制冷剂在那里被蒸发(或者在格室2，23的情况中可能也冷凝)由所配置的格室2，3，4或23的调温功率需求和根据(2)确定的蒸发焓的得出。对于灵活格室2，23和冷冻格室3，由调温功率需求和蒸发焓计算蒸发的质量流量。在冷藏格室4的情况中，纯通过蒸发焓的计算是不足够的，因为在此从冷冻格室3的热交换器6传送到冷藏格室4的热交换器中的冷却剂蒸汽也提供用于热交换器7的冷却作用的值并且该值由被加热的单相态介质的热传递得出。
38.当所述值已经大于冷藏格室4的调温功率需求时，则减小冷藏格室4的通风装置11的转速。否则根据公式(6)计算进行蒸发的热交换器7的部分ζ
2phase
。
39.当液态制冷剂也到达热交换器7中时，则由该热交换器仅仅还提供小的部分用于与转变的蒸汽热交换；与此相应地对于热交换器7的传热系数减小了转变的蒸汽的值。这在具有纯气体流的蒸发器区域中又被考虑到制冷功率的计算中。
40.在冷藏格室-热交换器中蒸发的质量流量则由制冷需求量和气体的冷却功率的差得出。通过所有格室的蒸发的质量流量的总和由压缩机14供应的总质量流量得出。
41.模型计算单元31现在可以在一个简单的设计方案中并且如同之后具体阐述的那样计算和输出压缩机14的为此所需的转速。然而所述转速在此必须忽略内部热交换器22的影响。
42.对于传递入内部热交换器22的焓，由冷藏格室蒸发器的高压温度和输出温度的差、总质量流量以及内部热交换器的结构来计算。kf蒸发器的出口处的焓由液化器出口处的焓、内部热交换器的焓传递以及调温功率的总和与质量流量之商来计算。由此则得出得出冷藏格室蒸发器的出口处的温度。
43.根据总质量流量对压缩机转速的确定根据抽吸气体密度、容积效率的算式和压缩机特定的工作容积进行。
44.由上述计算确定的蒸发温度或压力、特定焓和由此制冷剂循环回路的相应的位置的气体含量(以及，如果存在并联的热交换器、例如在此即5和24，则质量流量分配到所述并联的热交换器)是阀模型的边界条件，模型计算单元31通过所述阀模型计算膨胀阀的准确的位置。
45.如前所述地，可以设置在用户接口20上预给定格室2或23中的期望的空气湿度的可能性。当格室i(2，3，4或23)被冷却时，则所述格室的热交换器5，6，7或24是最冷的点。格室的空气中的水的蒸汽压力可以因此仅仅是如此高的，如同所述蒸汽压力相应于在热交换器的温度下的饱和蒸汽压力。格室的存放区域和蒸发器之间的温度差越大，存放区域中的相对空气湿度越低。为了调设格室中的给出的额定温度，格室的通风装置可以在小的温度差下快速地运行或者在大的温度差下缓慢地运行；在一个情况中调设为高的空气湿度，在另一个情况中调设为低的空气湿度。为了达到格室中预给定的相对空气湿度，模型计算单
元31这样选择配置给该格室的热交换器的蒸发温度t
evap，i
，以使得水在格室的额定温度下的饱和蒸汽压力p
sat，i
(t
evap，i
)在该温度下实现期望的相对空气湿度，并且这样调节通风装置的速度，以使得达到格室的额定温度。
46.当格室的实际温度和额定温度之间的偏差超过预给定的极限值时，则可以经受所述类型的调节，并且可以这样调设通风装置，以使得实现尽可能高效地冷却所述格室。通常这是高的通风装置转速，然而出于声学原因，所述转速可以确定为低于通风装置的特定的最大转速。
47.附图标记列表
48.1壳体
49.2存放格室
50.3存放格室
51.4存放格室
52.5热交换器
53.6热交换器
54.7热交换器
55.8内部容器
56.9分隔壁
57.10热交换器腔
58.11通风装置
59.12温度传感器
60.13控制电路
61.14压缩机
62.15液化器
63.16压力管路
64.17膨胀阀
65.18膨胀阀
66.19抽吸管路
67.20用户接口
68.21通风装置
69.22内部热交换器
70.23存放格室
71.24热交换器
72.25膨胀阀
73.26膨胀阀
74.27连接点
75.28连接点
76.29差分电路
77.30pid调节器
78.31模型计算单元
79.32调节系统。